Nature Communications：宋纯鹏教授团队在解析玉米气孔发育研究中取得重要成果

2023年7月20日，我实验室宋纯鹏教授课题组在玉米哑铃形气孔形态建成的机制方面取得突破性进展，研究论文“A maize epimerase modulates cell wall synthesis and glycosylation during stomatal morphogenesis”发表在著名期刊Nature Communications上（DOI: 10.1038/s41467-023-40013-6）。

玉米是我国乃至世界上重要的粮食作物、经济作物和饲料作物，其生长发育需要大量的淡水资源，而水资源短缺是限制我国农业及国民经济发展的重要因素之一。提高植物水分利用效率（water-use efficiency, WUE）是世界粮食生产的重大战略课题。多项研究成果表明，通过调控气孔发育和气孔运动提高WUE，成为增强植物抗旱性的重要途径。禾本科植物以玉米为代表的哑铃形气孔具有更为精巧的形态、细胞壁结构和机械动力学特征，其在干旱和迅速波动变化的环境中，能够迅速有效地做出响应，进而增强禾本科植物的传播和多样化。因此，研究禾本科植物的气孔，了解其气孔复合体的结构、发育过程及调控网络，可在将来培育或设计出更高效的气孔、提高水分利用效率、创造更多抗旱、耐热的农作物新品种。

本研究从两个玉米突变体库中筛选到气孔保卫细胞形态异常的突变体bizui3(bzu3)，其气孔保卫细胞在发育后期不能形变为哑铃形，而是呈天线状或棒状形态，使气孔呈关闭状态无法打开，导致在幼苗期死亡。通过对BZU3基因的克隆和功能解析证实，BZU3在哑铃形气孔形态建成过程中通过控制UDP-Glc/GlcNAc的稳态，在控制细胞壁合成和糖基化修饰上起着双重功能，为研究禾本科气孔独特形态建成的调控机制提供了新的思路。该研究不仅拓展了禾本科植物气孔发育的研究领域，同时也为玉米抗旱分子育种奠定理论基础和技术支撑。

图：BZU3调控哑铃形保卫细胞形态建成的机制模式图

该研究得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新团队计划项目和河南大学双一流学科经费的支持。本成果由河南大学玉米团队通力协作完成，BZU3的基因克隆及功能解析等工作主要由作物逆境适应与改良国家重点实验室的郭思义、周玉森、张田、武文强等成员完成；中国科学院遗传与发育研究所陈宇航研究员和王晓萃参与了蛋白结构解析等工作。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40013-6